CRT (genética) - CRT (genetics)
CRT é o agrupamento de genes responsável pela biossíntese de carotenóides . Esses genes são encontrados em eubactérias, em algas e são crípticos em Streptomyces griseus .
Papel dos genes CRT na biossíntese de carotenóides
O cluster do gene CRT consiste em vinte e cinco genes, como crtA, crtB, crtC, crtD, crtE, crtF, crtG, crtH, crtI, crtO, crtP, crtR, crtT, crtU, crtV e crtY, crtZ . Esses genes desempenham um papel em vários estágios da biossíntese da astaxantina e da biossíntese de carotenóides (Tabela 1).
crtE codifica para uma enzima conhecida como geranilgeranil difosfato sintase conhecida por catalisar a reação de condensação de isopentenil pirofosfato (IPP) e dimetilalil pirofosfato (DMAPP) em geranilgeranil difosfato (GGDP). Duas moléculas GGDP são subsequentemente convertidos num único fitoeno molécula por sintase fitoeno , uma enzima codificada por CRTB , conhecido como PSY em Chlorophyta. A seguinte dessaturação de fitoeno em ζ-caroteno é catalisada pela fitoeno dessaturase codificada por crtI, crtP e / ou PDS. O ζ-caroteno também pode ser obtido por meio do fitoeno usando a enzima caroteno 2,4-dessaturase ( crtD ). Dependendo da espécie, vários carotenóides são acumulados seguindo essas etapas.
Espiriloxantina
A espiriloxantina é obtida do licopeno após uma reação de hidratação, dessaturação e metilação. Essas reações são catalisadas por caroteno hidratase ( crtC ), caroteno 3,4-dessaturase ( crtD ) e caroteno metiltransferase ( crtF ), respectivamente.
Cantaxantina
O licopeno é ciclizado através de duas enzimas licopeno ciclase e β-C-4-oxigenase / β-caroteno cetolase codificada em crtY (em Chlorophyta) / crtL (em cianobactérias) e crtW , respectivamente. crtY cicliza licopeno em β-caroteno, que é subsequentemente oxigenado por crtW para formar cantaxantina.
Zeaxantina e Luteína
A zeaxantina e a luteína são obtidas através da hidroxilação do α- e β-caroteno. A hidroxilação da Zeaxantina ocorre pela β-caroteno hidroxilase, uma enzima codificada no crtR (nas cianobactérias) e no gene crtZ (nas clorofitas).
De outros
A zeaxantina pode ser posteriormente processada para obter zeaxantina-diglucosídeo pela Zeaxantina glicosil transferase ( crtX ).
A equinenona é obtida a partir do β-caroteno através da enzima catalisadora β-C-4-oxigenase / β-caroteno cetolase ( crtO ). CrtO , também conhecido como bkt2 em Chlorophyta, também está envolvido na conversão de outros carotenóides em Cantaxantina, 3-Hidroxiquinenona, 3'-Hidroxiquinenona, Adonixantina e Astaxantina. CrtZ , da mesma forma que crtO , também é capaz de converter carotenóides em β-criptoxantina, Zeaxantina, 3-Hidroxiquinenona, 3'-Hidroxiquinenona, Astaxantina, Adonixantina e Adonirrubina.
crtH catalisa a isomerização de cis-carotenos em trans-carotenos por meio da isomerase de carotenóide.
crtG codifica para carotenóide 2,2'- β-hidroxilase, esta enzima leva à formação de produtos 2-hidroxilados e 2,2'-diidroxilados em E. coli .
| Gene | Enzima | Reação Catalisada |
|---|---|---|
| crtE | GGDP sintase | Conversão IPP e DMAPP em GGDP |
| crtB (PSY *) | Fitoeno Sintase | Conversão GGDP para fitoeno |
| crtP (PDS *) | Fitoeno dessaturase | Conversão de fitoeno em ζ-caroteno |
| crtI | Fitoeína dessaturase | Conversão de fitoeno em ζ-caroteno |
| crtQ | ζ- caroteno dessaturase | Dessaturação de ζ- caroteno para licopeno |
| crtH | Carotenóide isomerase | Isomeração de carotones cis para trans |
| crtY (lcy-E) | Licopeno ciclase | Ciclização de licopeno |
| crtL (lcy-B) | Licopeno ciclase | Ciclização de licopeno |
| crtD | Caroteno 3,4-dessaturase | Conversão de fitoeno em ζ-caroteno |
| crtA | Esferoideno monooxigenase | Conversão de esferoideno em esferoidenona |
| crtR + | β-caroteno hidroxilase (várias cianobactérias) | Hidroxilação de β-caroteno a zeaxantina |
| crtZ * | β-caroteno hidroxilase (várias clorofitas) | Hidroxilação de β-caroteno a zeaxantina |
| crtX | Zeaxantina glucosil transferase | Conversão de zeaxantina em zeaxantina-diglucosídeo |
| crtW (bkt2 *) | β-C-4-oxigenase / β-caroteno cetolase | Conversão de β-caroteno em cantaxantina |
| crtO | β-C-4-oxigenase / β-caroteno cetolase | Conversão de β-caroteno em equinenona |
| crtC | Caroteno hidratase | Conversão de neurosporeno em demetilsferoideno e licopeno em derivados de hidroxi |
| crtG | Carotenóide 2,2′-β-hidroxilase | Conversão de mixol em 2-hidroximixol e zeaxantina em nostoxantina |
| crtK | Regulação de carotenóides | - |
| * Em clorofitas, + em cianobactérias | ||
Filogenia
Estudos anteriores indicaram por meio de análise filogenética que os padrões evolutivos dos genes crt são caracterizados por transferência horizontal de genes e eventos de duplicação de genes .
A transferência horizontal de genes foi hipotetizada como tendo ocorrido entre cianobactérias e Chlorophyta , já que semelhanças nesses genes foram encontradas entre os táxons. Observe, entretanto, que algumas cianobactérias mantiveram sua natureza. A transferência horizontal de genes entre as espécies ocorreu com alta probabilidade em genes envolvidos nas etapas iniciais da via de biossíntese de carotenóides, como crtE, crtB, crtY, crtL, PSY e crtQ . Esses genes são frequentemente bem conservados, enquanto outros envolvidos nos estágios posteriores da biossíntese de carotenóides, como crtW e crtO, são menos conservados. A natureza menos conservada desses genes permitiu a expansão da via de biossíntese dos carotenóides e seus produtos finais. As variações de aminoácidos dentro dos genes crt evoluíram devido à purificação e seleção adaptativa.
Suspeita-se que as duplicações gênicas ocorreram devido à presença de múltiplas cópias de clusters ctr ou genes dentro de uma única espécie. Um exemplo disso pode ser visto na cepa Bradyrhizobium ORS278 , onde os genes crt iniciais podem ser encontrados (excluindo os genes crtC, crtD e crtF ), bem como um segundo agrupamento de genes crt . Este segundo agrupamento de genes tem sido demonstrado que também estar envolvidos na biossíntese de carotenóides usando seus crt parálogos .